Nanoteknologia, txikiak nagusi

Naturan nanomekanismoen adibide asko dago. Nabarmenena, agian, erreakzio kimikoen katalizatzaile naturalak dira eta, horien artean, entzimak. Molekulen munduan erraldoiak badira ere, gehienez 200 nanometroko luzera izaten dute. Espezifikotasun handiko molekulak dira, hau da, bakoitzak eginkizun bakarra eta zehatza du. Erreakzio baten behar kimiko eta geometrikoari erantzuteko diseinatuta daude. Modu horretan ez da akatsik gertatzen. "Makina" horiek atomoz atomo planifikatuta daude. Ez da harritzekoa bizia horrelako nanomekanismo zehatzetan oinarrituta egotea.

Beste adibide polita fotosintesiarena da. Argi-izpiak harrapatzeko mekanismo molekularra da. Protagonista klorofila izeneko antena paraboliko nanoskopikoa da. Antena porfirina molekula da, argiak kitzikatutako elektroiak jasoko dituen magnesio atomoa erdian kokatuta duena. Egitura hori adar molekular luze batez kloroplastoen zelulen barne-mintz batzuetara lotuta dago. Naturak diseinatutako makina guztiz eraginkorra da. Gizakiarentzat eredu bihur daiteke. Zergatik ez?

Mikroteknologiaren azpitik

Tresneria gero eta txikiagoa egin ahal izateko, materialak ondo ikertu behar dira. Izan ere, azken urteotan txikitasunaren mugak fisikarien arreta piztu du. Gauzak molekulez eginda daude. Molekulak, atomoz. Atomoak, elektroiz, neutroiz eta protoiz. Horiek, berriz, quarkez. Materiaren egituraren analisia inoiz bukatuko ote den, zaila da esatea. Baina teknologiarentzat, oraingoz, muga atomoak eta molekulak dira. Horretarako, arrazoi argia dago. Atomoak eta molekulak materia egonkorra egiteko azpiunitaterik txikienak dira. 1990. urtean, Jerome I. Friedman fisikariak quarken izaera frogatzeagatik Nobel saria jaso zuen. Bere ustez, teknologiaren muga luzaroan atomoa izango da, hurrengo urratsetara jotzeko, energian alde handia dagoelako. Partikula txikiagoak maneiatu ahal izateko energia asko behar da.

Nanos hitzak grekoz –imi–o esan nahi du. Zientzian nano aurrizkia erabiltzen da zerbaiten mila milioiren zatia adierazteko. Adibidez, litro bat mila milioi zatitan banatuz gero, zati bakoitza nanolitro bat da. Eta litro baten lekuan metro batekin gauza bera egiten badugu, nanometroak lortuko ditugu. Fisikari eta kimikarientzat nanometroa garrantzi handiko neurria da, molekula askoren tamaina gutxi gorabehera nanometro batekoa izaten baita. Nanoteknologiak atomo eta molekulen tamainako makinak diseinatzea dakar. Beraz, nanomakinak egiteko, atomo eta molekulak banaka ikusi eta mugitu behar dira.

Mekanika zehatza ez da nahikoa

Horretan datza, hain zuzen, nanoteknologiaren zailtasun nagusia. Atomoak eta molekulak gobernatzen dituzten lege fisikoak mekanika kuantikoarenak dira. Atomo bakarra toki egokian kokatzeko behar den tresnak lege kuantikoetan oinarrituta egon behar du. Makina hori IBMko laborategiko Gerd Binning eta Heinrich Rohrer fisikariek asmatu zuten 1981. urtean. (ikusi Elhuyar Zientzia eta Teknika, 2000ko ekaineko alea, 13. orria).

Tunel efektuko mikroskopioa deritzo (Scanning Tunnel Microscope, STM). Asmakari horrengatik Nobel saria jaso zuten 1986. urtean. Oinarri fisiko beraren eskutik, zientzialariek beste hainbat tresna asmatu zituzten. Handik aurrera, fisikariek atomoak ikusi zituzten, eta pixkanaka mugitzen ikasi ere bai. Izan ere, gaur egun "nanomaneiagailua" izeneko tresna garatzen ari dira Ipar Carolinako unibertsitatean, atomoak denbora errealean mugi ditzakeena. Bestalde, nanoegiturak osatzeko beste teknika interesgarria molekula-sortaren epitaxia (Molecular Beam Epitaxy, MBE) da. Teknika horrek molekula edo atomo bakarreko lodiera duten geruzak sortzen ditu azal baten gainean. Horrela, geruzak material erdieroaleenak jarrita nanotransistoreak egin daitezke. Agian molekula bakarrekoak ere lor daitezke. Gaurko txip batean milioika transistore sartzeko aukera badago, baina ez dakigu nanoteknologiak kopuru hori zenbat biderkatuko duen.

Gure inguruko nanogiro berria

Nanotransistoreen eskutik informatikaren lehen iraultza etorriko da. Izan ere, Intel enpresan teknika hori mikroprozesatzaile berrietan erabiltzen ari dira (eta nanoprozesatzaile izena eman beharko litzaieke). Metatzeko ahalmenean zein azkartasunean datza aurrerakuntza. Ordenagailuak txikiagoak, merkeagoak eta ahaltsuagoak izango dira. Horiekin batera sistema elektronikoak dituzten tresnak eta seinale elektromagnetikoak igortzen dituzten guztiak ere garatuko dira.

Medikuntzan ere aplikazio askotan nabarituko dira nanoteknologiaren abantailak. Gorputzarekin elkarrekintza izateko azalak, transplanteetan adibidez, maila atomikoan diseinatu ahal izango dira. Diagnostikoak egiteko tresnak ere merkatura ateratzen hasi dira. Aurtengo apirilean pilula baten tamainako kamera aurkeztu zen. Kamera hori irentsita, digestio-hodiaren azterketa medikoa egin daiteke. Kamera hori, seguru asko, medikuek laster erabiliko dituzten tresnen aitzindaria da.

Prozesu industrialetan ere nanoteknologiak berrikuntza handiak ekar litzake. Katalisiaren bitartez egiten diren erreakzio kimikoak, esate baterako, zehatzago egin ahal izango dira, katalizatzailea maila atomikoan diseinatu ahal izango delako. Horrela, erreakzioen etekina handitu egingo da, eta hondakinak neurri handi batean desagertuko dira. Kerik gabeko industriarako pauso garrantzitsua izango litzateke.

Materialen egoera, gainera, maila molekularrean kontrola daiteke. Adibidez, hormigoian sor litezkeen pitzadurak edo korrosio-arazoak detektatu ahal izango dira eraikuntzaren ahuleziak iragartzeko. Bestalde, material horiek sendoago bilakatzeko teknikak eskura izango dira. Oro har, gauzak haustezinak izateko erronkari irtenbidea bilatuko zaio.

Erronka hori ibilgailuen esparruan ere ezinbestekoa da. Horrez gain, motor molekularren diseinua, maila teorikoan behintzat, aztertzen ari dira zenbait enpresa. Ibilgailu-industriaren betiko kezkei ikuspuntu berri batetik aurre egin dakieke. Besteak beste, lurretik, airetik edo uretatik mugitzeko ibilgailu arinagoak eta erregai gutxiago beharko dutenak diseinatuko dira. Bere burua konpontzeko gai diren gailuez ere hitz egiten da.

Hori guztia ez da soilik aplikazio industrialetan ikusiko. Etxetresnagintza astinduko duen kontua ere bada. Orain egunero erabiltzen duguna arinagoa, hobea eta iraunkorragoa izango da etorkizun hurbilean. Baina nanoteknologiaren eskutik kontzeptu berriak asmatzea eta garatzea espero da. Nork daki zer asmatuko den... Esan daiteke, ordea, inspirazio-iturri nagusia dugula, betidanik gertatu den bezalaxe; naturaren diseinuak, alegia. Fotosintesi artifiziala lortzeak, adibidez, iraultza handia ekar lezake, gutxienez energiaren arloan.

Nanoteknologiak nora eraman gaitzakeen zaila da iragartzen. Bizimodua aldatuko digu. Txikitasunaren muga ikusi dugu, baina oraindik ustiatzen hasi besterik ez dugu egin. Agian, nanoteknologia normaltzat jotzen dugun unetik, tresnak txikiagoak izatea ez da gehiago gure kezka izango.